Kupplungen in der Lebensmittelindustrie

Neben der Hygiene ist Prozesssicherheit gerade in der Lebensmittelverarbeitung essenziell wichtig, um eine gleichbleibende Qualität der Endprodukte zu gewährleisten. Präzisionskupplungen können helfen, sensible Produktionslinien vor teuren Ausfällen und Schäden an der Maschinerie zu schützen.

Bevor ein zartschmelzendes Stück Schokolade auf unserer Zunge zergehen kann, benötigt es viele Produktionsschritte in exakter Ausführung. Der Produkionsprozess in der Schokoladenherstellung geht in der Regel von der gerösteten Kakaobohne als Grundprodukt aus und reicht bis zur fertig verpackten Tafel. Jeder Schritt im Fertigungsverfahren, sei es das Mahlen, Walzen, Conchieren, Temperieren oder anschließende Formen, fordert äußerste Präzision und Stabilität im Ablauf. Fällt auch nur eine Komponente kurzzeitig aus, kann das Produkt nicht mehr in der gewünschten Qualität hergestellt werden. Denn wie überall in der Lebensmittel verarbeitenden Industrie müssen temperatursensible Komponenten zügig weiterverarbeitet werden, um ein gleichbleibendes Endprodukt zu erzeugen. Gelingt dies durch einen Störfall in der Produktion nicht, drohen Reklamationen oder sogar ein Imageschaden beim Verbraucher – im heiß umkämpften Segment der Süßwaren und Genussmittel eine ernstzunehmende Gefahr. Der Verlust einer ganzen Charge belastet zudem die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens und riskiert Lieferantenbeziehungen bei Verzögerungen oder gar einem Lieferausfall.

Prozesssicherheit für stabile Qualität

„Präzisionskupplungen an den neuralgischen Stellen der Produktionsanlagen helfen, Unterbrechungen und Störfälle mit Maschinenschäden zu verhindern und die Kontinuität der Abläufe zuverlässig zu gewährleisten“, erklärt Jörg Stang. Der Head of Sales kennt einige Beispiele in der Prozesskette der Schokoladenherstellung, die bei einem Ausfall kritisch für das Endprodukt werden können. Beim Mahlen und Pressen der Kakaobohnen sind konstante Bewegungen und damit eine gleichbleibende Drehmomentübertragung vom Antrieb auf das Mahlwerkzeug unerlässlich. Bei Störungen im Antrieb kommt es zu Veränderungen im Mahlergebnis und dadurch zu einem Qualitätsverlust in der Weiterverarbeitung. Gleichzeitig werden durch eine Drehmomentüberlastung Schäden am Getriebe riskiert. Die Folge ist mindestens ein kurzer Produktionsstop – für die Just-in-Time-Produktion bereits ein größeres Problem. Bei schweren Getriebeschäden kann ein hoher, kostspieliger Wartungsaufwand sogar die Produktion zum Stillstand zwingen.

Auch für den weiteren Verlauf ist ein gleichbleibender, störungsfreier Verarbeitungsprozess unerlässlich und ein Schlüssel für die Cremigkeit und den Schmelz der Schokolade. Dieser liegt in der Phase des Walzens und Conchierens – ein unmittelbares Qualitätsmerkmal. Gerade die temperierte Schokolade reagiert empfindlich auf jegliche Veränderungen im Prozess. Selbst das Temperieren der Schokoladenmasse kann zur Störfalle werden, denn es findet zum Teil während der Beförderung mittels Transportband in einem Kühlkanal statt. Dieser Antrieb muss hierfür zwingend spielfrei und versatzausgleichend arbeiten, damit eine optimale Abkühlkurve und Oberflächenstruktur erreicht werden können. So erzielen die Chocolatiers ein Optimum an Bissfestigkeit. Die genannten drei Beispiele während der Schokoladenproduktion zeigen deutlich, wie wichtig absolute Prozesssicherheit in der Lebensmittelherstellung ist. Die Präzision, die in die Auswahl der Zutaten und die Rezeptur fließt, muss ebenso bei der Konfiguration der Anlagen verwendet werden – und dazu gehört auch eine Kupplung an den entscheidenden Stellen.

Produktbild der R+W Präzisionskupplung Metallbalgkupplung BK2
Metallbalgkupplungen sind torsionssteif und übertragen Drehmomente von 15 bis 10 000 Nm

Spezialfall Lebensmittelindustrie

Eine Kupplung innerhalb all dieser Produktionsschritte kann der ausschlaggebende Sicherheitsfaktor sein. Die Hauptaufgabe einer Kupplung im Anlagen- und Maschinenbau ist im Allgemeinen die spielfreie und torsionssteife Übertragung von Drehmomenten bei gleichzeitigem Ausgleich von lateralen, angularen oder axialen Wellenverlagerungen. Dabei ist selbstverständlich eine sehr hohe Betriebssicherheit unerlässlich. In der Lebensmittelproduktion müssen zusätzlich die Hygienevorgaben erfüllt werden. Dafür setzt R+W ausschließlich hochwertigsten, rostfreien Edelstahl für Kupplungen in diesem Bereich ein. Metallbalgkupplungen im Besonderen zeichnen sich durch ihre hohe Verdrehsteife und präzise Drehmomentübertragung mit exakter Positioniergenauigkeit aus. Deshalb eignen sie sich ideal für die sensible Maschinerie in der Verarbeitung von Lebensmitteln. Darüberhinaus werden sie üblicherweise dafür eingesetzt, Fluchtungsfehler auszugleichen oder das Drehmoment zum Schutz vor einer Überlast zu begrenzen.

Zentraler Bestandteil und Ausgleichselement ist der Metallbalg aus Edelstahl. Die Auslegung des Balges richtet sich nach den Anforderungen in der Praxis, wie dem zu übertragenden Drehmoment oder dem auszugleichenden Versatz. Zum einen ist in Rotationsrichtung eine maximale Steifigkeit gefordert und zum anderen sind die entstehenden Rückstellkräfte beim Ausgleichen der Versätze so gering wie möglich zu halten. So können Schäden an den nachfolgenden Bauteilen vermieden werden. Dieser Ausgleich des radialen, axialen und des Winkelversatzes spielt eine wesentliche Rolle innerhalb des gesamten Antriebsstrangs, um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten. „Für die Auslegung von Metallbalgkupplungen spielen zudem Parameter wie Beschleunigungsmoment, Resonanzfrequenz oder Verdrehwinkel eine entscheidende Rolle. Diese werden während der Dimensionierung bei R+W ebenso mitberücksichtigt wie allgemeine und grundsätzliche Anforderungen an Massenträgheit, Montagefreundlichkeit oder Preiseffizienz“, ergänzt Jörg Stang. Die hochpräzisen Antriebselemente können darüber hinaus in feingewuchteter Ausführung für hochdynamische Applikationen eingesetzt werden.

Der Metallbalg aus hochelastischem Edelstahl bildet das Herzstück jeder Metallbalgkupplung

Drehmomentüberlastung verhindern

Eine Balgbruchsicherung hilft bei vielen Kupplungsmodellen die Ausfallsicherheit zusätzlich zu erhöhen. Dies wird beispielsweise oft bei Drehgeberanbindungen gefordert. „Bei R+W können die gleichen kompakten Abmessungen der Kupplung trotz Zusatzelement gewahrt werden. Hierdurch wird die funktionale Sicherheit hinsichtlich der Drehmomentübertragung bei Balgbruch, zum Beispiel aufgrund einer Drehmomentüberlast, entscheidend erhöht“, führt Jörg Stang aus. Um die technischen Eigenschaften der Kupplungen voll auszunutzen und Wellenversätze ohne Übertragungsfehler ausgleichen zu können, ist eine genaue Montage der Kupplungen entscheidend. Daher fertigt das Unternehmen R+W sowohl die Miniaturbalgkupplungen als auch die Metallbalgkupplungen der Modelreihe BK, die Drehmomente von bis zu 10.000 Nm übertragen können, auf einem hochpräzisen Montagedorn. Ähnlich wie die MK-Serie ist auch die Präzisionsmodelreihe BK in diversen Größen und verschiedenen Nabenausführungen verfügbar. Bei der Entwicklung dieser Kupplungstypen wurde ebenfalls ein besonderes Augenmerk auf montagefreundliches Design sowie auf geringe Massenträgheitsmomente gelegt.

Drehmomentbereiche von 0,05 Nm bis 10.000 Nm  

Die kleinsten Miniaturbalgkupplungen der Modellreihe MK bietet R+W von 0,05 Nm bis 10 Nm sowie mit Bohrungsdurchmesser von 1 mm bis 28 mm an. Diese werden beispielsweise für winkelsynchrone Drehmomentübertragungen in Verbindung mit Potentiometern oder Mess- und Regelsystemen eingesetzt. Bedingt durch den Einsatz des torsionssteifen Metallbalgs können hier präziseste Messergebnisse erzielt werden bei gleichzeitigem Versatzausgleich. „Durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Anbindungsmöglichkeiten über Klemmnaben in geschlitzter, geteilter oder Konusausführungen bis hin zu Modellen mit Konusspreizdorn für Hohlwellenanbindungen, eignet sich die MK-Baureihe für viele Anwendungsfälle. Für eine besonders einfache Montage sind steckbare Ausführungen erhältlich. Diese sind ebenfalls spielfrei und zeichnen sich durch eine unkomplizierte und schnelle Montageverbindung aus“, erläutert Jörg Stang. Dabei werden durch ein spezielles, glasfaserverstärktes Kunststoff-Konusstegsegment die Spiel- und Wartungsfreiheit gewährleistet sowie die elektrische und thermische Isolation. Ausführungen sind als Synchron- oder Mehrfachsteckung verfügbar. Durch das Verwenden zweier unterschiedlicher Materialien bei der Steckung ist ein Kaltverschweißen ausgeschlossen.

Ausschlaggebend ist die Zuverlässigkeit 

Eine Kupplung, die für Sicherheit in der Produktion sorgen soll, muss zuallererst selbst absolut zuverlässig sein. Durch den Einsatz von rostfreiem Edelstahl entsprechen die Kupplungen von R+W nicht nur den Hygienevorgaben, sondern sind selbst in einer korrosiven Umgebung in der Lebensmittelproduktion wartungsfrei und äußerst langlebig. Viele Kupplungen sind zudem besonders hitze- und kälteresistent und laufen ausfallsicher in einem Temperaturbereich zwischen -30 und +100 °C. Über das Standardsortiment der Metallbalgkupplungen hinaus bietet R+W Antriebselemente selbst für die speziellsten Anforderungen maßgeschneiderte und kundenspezifische Sonderlösungen an.